处理装置、系统、X射线测定方法以及记录介质与流程

处理装置、系统、x射线测定方法以及记录介质
技术领域
1.本发明涉及基于光子计数型的半导体检测器的处理装置、系统、x射线测定方法以及记录介质。


背景技术：

2.辐射线测定中所用的光子计数型的半导体检测器通过将给定的时间内检测到的脉冲信号的强度超过阈值的次数作为脉冲信号的个数进行计数，来测定x射线的强度。但若在脉冲信号的强度超过阈值的状态下产生下一脉冲信号，就不能将该脉冲信号计数，出现计数遗漏。在x射线的强度过强的情况下，计数遗漏频发，其结果，测定的x射线的强度会被预计得比实际的x射线的强度要低。
3.作为减少这样的计数遗漏的影响的方法，研讨对测定的计数值进行补正的方法(例如专利文献1)。另外，还考虑在测定时对脉冲进行计数，以使计数值接近于真实的计数的方法(例如专利文献2)。
4.专利文献1公开了一种辐射线测定装置，其具备在由辐射线检测器1输出的模拟脉冲信号满足给定的条件的情况下输出数字脉冲信号的波高辨别器3和信号通道波高分析器4。专利文献1记载的辐射线测定装置对从第1计数器5和第2计数器6分别输出的数字脉冲信号进行计数，输出计数值m、p，运算器7对从计数值m、p得到的计数率m、p参考存放于存储器8的计数遗漏补正表格81、82来进行计数遗漏补正以及误计数补正。补正表格用实验上产生的虚拟信号脉冲使双脉冲接近来求取堆积的分解时间t1、以及产生误计数的接近时间t2，并求取1次补正计数率n以及2次补正计数率(n-q)。
5.专利文献2公开了具备高比率计数性能的用于光子计数成像的方法以及装置，其中，该高比率计数性能通过在检测器阵列的单元内运用具备能调整的死区时间的即刻再触发能力而得以改善。即，专利文献2记载的方法以及装置只有在信号脉冲最初超过阈值后超过阈值，才对该信号脉冲的超过阈值的时间中所含的给定的幅度的死区时间间隔的数量进行计数，将其视作在该信号脉冲超过阈值的时间内抵达的光子的数量，由此减低了计数遗漏的影响。
6.专利文献
7.专利文献1：jp特开2012-013563号公报
8.专利文献2：jp特表2014-527162号公报
9.但专利文献1的辐射线测定装置中，补正表格以实验上产生的虚拟信号脉冲使双脉冲接近，来求取堆积的分解时间t1以及产生误计数的接近时间t2，并进行补正，在计数率上升到3个以上的脉冲的接近频发程度时，补正的精度变得不充分。另外，专利文献2的方法由于相对于计数率的上升而死区时间是固定的，因此伴随计数率的上升而补正的精度变得不充分。


技术实现要素：

10.本发明鉴于这样的事情而提出，目的在于，提供对用现有的方法不能覆盖的高的计数率也能削减计数遗漏的影响的处理装置、系统、x射线测定方法以及程序。
11.(1)为了达成上述的目的，本发明的处理装置特征在于，具备：存储部，其通过光子计数型的半导体检测器对入射x射线的脉冲信号进行计数，并存储读出的输出值；和算出部，其基于所述读出的输出值来算出计数值，
12.所述算出部使用所述脉冲信号的表观的时间常数相对于针对曝光的脉冲检测率的增加而单调减少的模型。
13.在这样的脉冲信号的表观的时间常数相对于脉冲检测率的增加而单调减少的模型中，不管是多高的计数率，都能得到对应的表观的时间常数。其结果，对用现有的方法不能覆盖的高的计数率也能削减计数遗漏的影响。
14.(2)另外，在本发明的处理装置中，特征在于，所述脉冲检测率与针对所述曝光而检测到所述脉冲信号的合计时间与所述曝光的合计时间之比相当。由此，能在短的周期使用能以短的单位时间进行曝光的检测器来容易地算出脉冲检测率。
15.(3)另外，在本发明的处理装置中，特征在于，所述表观的时间常数在所述脉冲检测率为零的情况下是本来的时间常数。由此，在模型上没有针对曝光的脉冲的重复的情况下，没有给计数遗漏的影响，模型切合现实。
16.(4)另外，在本发明的处理装置中，特征在于，所述表观的时间常数在所述脉冲检测率为1的情况下是本来的时间常数与比1小的常数的积。由此，对模型上能测量的最大的输出值，也能算出计数。
17.(5)另外，在本发明的处理装置中，特征在于，所述存储部存储所述脉冲信号的时间常数，所述算出部在使用所述模型时，将所述存储的时间常数读出并利用。由此，能在计数值的算出时将时间常数读出并利用。
18.(6)另外，本发明的系统特征在于，具备：所述半导体检测器；和上述(1)到(5)任一项记载的处理装置。由此，能使用从半导体检测器得到的输出值在处理装置中算出计数值。
19.(7)另外，在本发明的系统中，特征在于，所述半导体检测器以比所述脉冲信号的时间常数短的时间进行曝光。由此能以高的时间分辨率观察物理现象。另外，不再在一次曝光中检测到3个以上的脉冲，减轻了读出的负担。另外，输出值的读出以2比特的模式就足够，能缩短读出时间。
20.(8)另外，在本发明的系统中，特征在于，在所述计数值的算出中，设为以将所述脉冲信号的时间常数和所述曝光的单位时间加起来的时间对所述脉冲信号进行计数，来对所述计数值进行补正。由此能得到以实质的曝光时间检测的计数值。
21.(9)另外，本发明的x射线测定方法特征在于，包括如下步骤：通过光子计数型的半导体检测器对入射x射线的脉冲信号进行计数，将输出值读出；和基于所述读出的输出值来算出计数值，在所述计数值的算出中，使用所述脉冲信号的表观的时间常数相对于针对曝光的脉冲检测率的增加而单调减少的模型。由此，对高的计数率也能削减计数遗漏的影响。
22.(10)另外，本发明的记录介质是计算机可读、非临时的记录介质，记录有程序，其特征在于，所述程序使计算机执行如下处理：通过光子计数型的半导体检测器对入射x射线的脉冲信号进行计数，将输出值读出；和基于所述读出的输出值来算出计数值，在所述计数
值的算出处理中，使用所述脉冲信号的表观的时间常数相对于针对曝光的脉冲检测率的增加而单调减少的模型。由此，对高的计数率也能削减计数遗漏的影响。
23.根据本发明，对用现有的方法不能覆盖的高的计数率也能削减计数遗漏的影响。
附图说明
24.图1是表示本发明的x射线检测系统的结构的一例的概略图。
25.图2是表示实施方式所涉及的x射线检测器的结构的概略图。
26.图3是表示实施方式所涉及的处理装置的功能结构的框图。
27.图4是表示本发明的x射线测定方法中的相对于脉冲的输入的、输出值的计数定时的概略图。
28.图5是表示脉冲重叠的情况下的脉冲高度的图表。
29.图6是表示曝光时间δt与时间常数τ的关系的概念图。
30.图7是表示储存环中的填充模式的一例的图。
31.图8是相对于时间表示检测电流的图。
32.图9是表示时间常数的测定中的储存环中的填充模式以及曝光开始位置的图。
33.图10是表征针对曝光时间的各计数的事件的每单位时间的次数的图表。
34.图11是表示对上升边缘(rising edge)进行计数的方法的概略图。
35.图12是表示曝光时间δt、时间常数τ以及读出时间的关系的概念图。
36.图13是表征仿真的结果的图表。
37.图14是表征大型辐射光设施中的实验的结果的图表。
38.图15是表征基于x射线反射率法的实验的结果的图表。
39.符号说明
40.10 x射线检测系统，20 x射线源，s 样品，100 x射线检测器，110 传感器，120 读出电路，125 门，130 检测电路，140 计数器，150 存储器，160 转发电路，170 控制电路，200 处理装置，210 测定数据管理部，220 存储部，230 算出部，240 补正部，300 输入部，400 输出部，sb1 单束团(single bunch)，tb1 串束团(train bunch)
具体实施方式
41.接下来参考附图来说明本发明的实施方式。为了使说明的理解容易，在各附图中对相同构成要素标注相同参考编号，省略重复的说明。
42.[实施方式]
[0043]
(检测系统的结构)
[0044]
图1是表示x射线检测系统10的结构的一例的概略图。如图1所示那样，x射线检测系统10包含x射线源20、样品s、x射线检测器100以及处理装置200。
[0045]
x射线源20例如使从作为阴极的灯丝辐射的电子束碰撞作为对阴极的转子靶来使x射线产生。在转子靶的外周面例如设有mo或cu那样的金属。在电子碰撞mo靶时，辐射包含作为特性射线的mokα射线(波长)的x射线。在电子碰撞cu靶时，辐射包含作为特性射线的cukα射线(波长)的x射线。从x射线源20辐射的x射线是所谓的点聚焦的x射线束。
[0046]
样品s被样品支承装置支承。x射线检测器100例如检测在样品s衍射的衍射射线那样的x射线。处理装置200对检测到的输出值进行处理，算出计数值。关于x射线检测器100以及处理装置200的详细，之后叙述。另外，本发明中，特征性的步骤在于，利用脉冲信号的表观的时间常数相对于针对曝光的脉冲检测率的增加而单调减少的模型的计数值的算出。在以下的说明中，以基本在处理装置200内进行该步骤为前提来进行说明，但还能在x射线检测器100内进行。
[0047]
(x射线检测器的结构)
[0048]
图2是表示x射线检测器100的结构的概略图。x射线检测器100是光子计数型的半导体检测器，具有二维的数据缓存功能。x射线检测器100检测x射线，将检测数据按每帧向外部转发。另外，x射线检测器100可以是一维检测器或零维检测器。
[0049]
如图2所示那样，x射线检测器100具备传感器110、读出电路120、存储器150、转发电路160以及控制电路170。另外，图2中为了方便而示出针对一个传感器110的结构，但x射线检测器100基本具备多个传感器。读出电路120具有脉冲的读出的功能，具备门125、检测电路130以及计数器140。
[0050]
传感器110在通过曝光而检测到x射线的粒子时，使脉冲产生。传感器110能将入射到受光面的x射线束的强度检测为面信息。
[0051]
门125仅在门开放时间的期间使脉冲向检测电路130通过。在本说明书中，将门125的开放时间称作曝光时间δt。门125的开闭用电子快门进行。若缩短曝光时间δt，则时间分辨率提高，能更加精度良好地进行测量，因此曝光时间δt短为好。例如，若使曝光时间δt比后述的脉冲信号的时间常数τ短，就不再会在一次曝光中检测到3个以上的脉冲，减轻了读出的负担，因而优选。曝光时间δt由硬件的功能的极限确定下限，但例如能通过提高时钟频率、将门控制的命令系统设为与其他控制不同的系统来以1比特进行命令、在cpu的内部仅对门控制使时钟为n倍(例如10倍)等，来降低下限。
[0052]
检测电路130判定脉冲是否高于阈值，在高的情况下，将其作为电压信号而向计数器140送出。计数器140能将送出的电压信号作为脉冲的个数进行计数，并作为输出值而输出。存储器150将计数器140中计数的输出值从计数器140读出，并进行存储。读出的定时基本可以是刚将门125关闭后，但还能空开等待时间来进行读出。存储器150能将读出的未进行排列的数据向真实空间配置变换，并向后级进行数据的转发。另外，存储器150存储曝光的合计时间或曝光次数。
[0053]
另外，检测电路可以针对1个传感器而存在多个。在具备多个检测电路的情况下，在每个检测电路具备计数器。另外，在具备多个检测电路的情况下，还能使脉冲的判定中所用的阈值在每个检测电路中不同。
[0054]
另外，存储器可以是针对1个传感器用于写入并能切换的多个存储器。在具备多个存储器的情况下，由于在正对1个存储器进行读出的期间也将门开放，能进行曝光，因此能提高占空比。另外，在具备多个传感器的情况下，可以对各个传感器独立设置多个存储器，但也可以多个存储器是共用的。对2个传感器仅设置2个存储器，若对于来自各传感器的写入而这2个存储器能切换地存在，便足够。
[0055]
转发电路160将存储于存储器150的输出值以及曝光时间的合计或曝光次数向处理装置200转发。控制电路170使曝光的合计时间或曝光次数存储到存储器150。另外，控制
电路170控制门125的开闭，控制输出值的读出以及存储，控制存储的输出值以及曝光的合计时间或曝光次数向处理装置200的转发。
[0056]
(处理装置的结构)
[0057]
图3是表示处理装置200的结构的框图。处理装置200具备测定数据管理部210、存储部220、算出部230、补正部240，基于x射线检测器100中检测到的x射线的输出值、以及曝光的合计时间或曝光次数来算出计数值或计数率。
[0058]
测定数据管理部210对存储部220、算出部230以及补正部240中所处置的数据进行管理。测定数据管理部210经过转发电路160而接受存储于x射线检测器100的存储器150的输出值、以及曝光的合计时间或曝光次数，使它们存储于存储部220。
[0059]
存储部220存储接受到的输出值、以及曝光的合计时间或曝光次数。另外，存储部220存储基于输出值、以及曝光的合计时间或曝光次数而算出的计数值或计数率。另外，存储部220存储补正部240中补正的曝光的合计时间。另外，存储部220存储脉冲信号的时间常数。
[0060]
时间常数被从存储部220读出，用在计数值的算出、曝光时间的设定中。时间常数由于根据阈值等设定值而值发生改变，因此若预先以表格的形式等存储，就能适应任何处理。另外，还能在x射线检测器100侧存储表格，读出并使用。
[0061]
算出部230基于输出值以及曝光时间的合计来算出计数值或计数率。这时使用脉冲信号的表观的时间常数相对于针对曝光的脉冲检测率的增加而单调减少的模型。模型的详细之后叙述。另外，脉冲检测率能设为与针对曝光而检测到脉冲信号的合计时间与曝光的合计时间之比相当的值。所谓相当的值，是指可以将针对曝光而检测到脉冲信号的合计时间置换成输出值，是指可以将曝光的合计时间置换成曝光次数或补正过的曝光的合计时间。
[0062]
补正部240对曝光的合计时间进行补正。曝光的合计时间的补正例如可以将1次的曝光时间设为将脉冲信号的时间常数τ和曝光的单位时间(曝光时间δt)加起来的时间，来算出曝光的合计时间。由此能得到在实质的曝光时间中检测到的计数值。
[0063]
处理装置200例如是个人计算机。个人计算机例如包含用于运算控制的cpu、用于存储数据的存储器、存储于存储器内的给定区域的系统软件以及存储于存储器内其他给定区域的应用程序软件等。
[0064]
在处理装置200连接有键盘等，作为接受用户的输入的输入部300。另外，在处理装置200连接有显示器、打印机等输出部400。输出部400按照来自处理装置200的指示来输出计数值等。
[0065]
(x射线测定方法)
[0066]
接下来说明从x射线的检测到计数值的算出的x射线测定方法的概略。若进入到检测面的x射线被传感器检测到，就产生脉冲。脉冲在通过曝光而门开放的期间向检测电路通过。脉冲在检测电路中被判定是否比各个阈值高，在高的情况下，作为电压信号而向计数器送出。脉冲在计数器被计数。计数器的输出值在存储器被读出，通过转发电路而被转发到处理装置。在处理装置中，基于读出的输出值来算出计数值。在这时，使用相对于针对曝光的脉冲检测率的增加而脉冲信号的表观的时间常数单调减少的模型。
[0067]
(脉冲信号的时间常数)
[0068]
所谓脉冲信号的时间常数τ，是指单一的脉冲信号的强度超过阈值的时间。在光子计数型的半导体检测器的情况下依赖于roic电路。在本发明中，能将本来的脉冲信号的时间常数τ用在曝光条件的设定中。另外，还能用在计数值的算出中使用的补正式中。另外，时间常数的测定方法作为实施例之后叙述。
[0069]
(本发明的脉冲信号的计数方法)
[0070]
图4是表示本发明的x射线测定方法中的脉冲的计数定时的概略图。图4的t1到t10表示门开放的曝光时间δt。对于这些多个曝光时间δt的各个曝光时间，在其间脉冲的强度超过阈值的情况下，将计数进行加1。这不管是起初超过阈值的情况、还是曝光时间δt的期间中超过阈值的情况，都同样将计数进行加1。另外，在曝光时间δt的期间，在超过阈值的脉冲的强度一度低于阈值、再度超过阈值的情况下，将计数进行加2。这以上的情况也同样。在图4的示例中，t3、t6、t7、t10不进行加，t1、t2、t5、t8、t9进行加1，t4进行加2，合计计数7。另外，曝光时间与曝光时间之间的间隔也可以不是等间隔。
[0071]
在该计数方法中，优选将曝光时间δt设定得比时间常数τ短。若使曝光时间δt比时间常数τ短，则在曝光时间δt的期间，超过阈值的脉冲的强度一度低于阈值、再度超过阈值的现象成为1次以下。即，曝光时间δt的期间的计数成为2以下。另外，若使曝光时间δt充分短，就不再捕捉得到脉冲的强度的增减中的v字的间隔，因此在曝光时间δt的期间数得到的计数成为1以下。由于通过使曝光时间δt短，单位曝光时间内计数的脉冲的数量变少，因此误计数变少。若使曝光时间δt比脉冲信号的时间常数τ短，一次曝光中检测到3个以上的脉冲的情况就会消失，因此能将转发信息量设定为2比特以下。为此，能缩短读出时间。
[0072]
另外，在将x射线计数值使用在解析等中的情况下，需要能无视统计变动的影响的程度的计数值。例如，为了得到相对标准偏差1％，需要10000计数的计数。由于每曝光时间δt的脉冲信号的计数次数是0、1、2的任一者，优选设定曝光次数，使得以10000～30000计数为大致目标来重复曝光，从而使没曝光的合计时间的脉冲信号的计数成为统计上有意义的值。
[0073]
不管在哪种计数方法中，在高计数区域例如10mcps以上的区域，都很受计数遗漏的影响。在后级的处理中，通过对计数遗漏的影响进行补正，来进行用于接近于本来的脉冲的数量的补正。
[0074]
优选将用上述的本发明的脉冲信号的计数方法计数的结果作为输出值来使用，但也可以将用对上升边缘进行计数的方法(后述)、在检测器的电路上重新施加时间触发的方法等得到的结果作为输出值。
[0075]
具体地，将检测到脉冲信号的合计时间作为输出值而读出，基于读出的输出值来算出本来的脉冲的计数值。另外，检测到脉冲信号的合计时间(输出值)可以将脉冲信号超过阈值的时间直接读出来使用，或者基于脉冲信号的合计的计数进行估计。在计数值的算出中使用相对于针对曝光的脉冲检测率的增加而脉冲信号的表观的时间常数单调减少的模型。
[0076]
(基于脉冲信号的表观的时间常数单调减少的模型的补正方法)
[0077]
若x射线连续到达传感器，脉冲信号就会重叠，若重叠的脉冲信号的高度超过阈值，则超过阈值的时间就会变长。但超过阈值的时间比在时间常数τ乘以脉冲的个数而得的值要短脉冲的重叠的相应量。例如在2个脉冲信号重叠的情况下，也是超过阈值的时间比τ
的2倍短，在3个脉冲信号重叠的情况下，也是比τ的3倍短。
[0078]
在本说明书中，把将超过阈值的时间换算成每1个脉冲信号的时间的值称作脉冲信号的表观的时间常数τa。脉冲信号的个数与表观的时间常数τa的关系用式(1)表征。
[0079][0080]
图5是表示脉冲重叠的情况下的脉冲高度的图表。如图5所示那样，若在每个检测到脉冲的时间(tup)中重叠的脉冲信号的个数(n)增加，则表观的时间常数τa慢慢变短。
[0081]
这样的倾向与脉冲信号重叠的概率关联。并且，若脉冲检测率(计数率)增加，则脉冲信号的个数(n)增加，脉冲信号重叠的概率也变高。即，不用区别几个信号重叠，就能根据概率算出表观的时间常数τa。每1个脉冲信号的时间(表观的时间常数τa)随着脉冲检测率(计数率)增加而相比于时间常数τ慢慢变短。即，表观的时间常数τa用时间常数τ与计数率单调减少函数f的积来表征。其结果，能根据超过阈值的时间tup、和表观的时间常数τa相对于脉冲检测率(计数率)的关系来算出真正的计数值(n)。
[0082]
(模型的条件)
[0083]
算出上述的计数值以及计数率的模型需要具有以下的条件。(1)相对于脉冲检测率的增加而脉冲信号的表观的时间常数单调减少。(2)在脉冲检测率为0时，脉冲信号的表观的时间常数与时间常数τ一致。(3)在脉冲检测率为1时，脉冲信号的表观的时间常数比时间常数τ小。优选地，在脉冲检测率接近于1时，脉冲信号的表观的时间常数接近于0。(4)将通过模型作成的计数值算出的式是无维度量。另外，用计数值除以曝光的合计时间而得到的结果是计数率。
[0084]
(模型的示例)
[0085]
作为模型，能使用以下的示例那样的算出计数值n的式(2)。n表征算出的计数值，τ表征脉冲信号的时间常数，tup表征针对曝光而检测到脉冲信号的合计时间，ttot表征曝光的合计时间。另外，τ
·
f(tup，ttot)表征脉冲信号的表观的时间常数。f(tup，ttot)在tup为0时成为1，在tup/ttot在比0大比1小的范围内增加时单调减少。f(tup，ttot)优选在tup/ttot接近于1时接近于0，但也可以成为比0大比1小的常数。
[0086][0087][0088]
通过用式(1)所示的计数值n除以曝光的合计时间ttot，能得到式(3)所示的计数率n。将随着自变量tup/ttot的增加而函数值f(tup/ttot)始终减少称作单调减少。f(tup/ttot)只要是具有这样的性质的单调减少函数即可。f(tup/ttot)可以是n阶函数、指数函数，不问函数的种类。
[0089]
表观的时间常数τa(＝τ
·
f)由于是时间常数τ与该单调减少函数的积，因此换言之，随着脉冲检测率(tup/ttot)的增加而表观的时间常数τa也单调减少。
[0090]
在下述的实施例中，作为单调减少函数f(tup，ttot)而采用以下的式(4)。该函数通过在0＜k≤1的范围确定k而成为单调减少函数。例如，通过进行实验、仿真，根据计数率
的范围、系统而进一步确定最佳的常数m，理论上能进行补正直到计数率无限大。该情况下的计数率n如式(5)那样。
[0091][0092][0093]
在上述的补正式中，时间常数τ根据检测电路、像素的设定值而值发生改变。为此，优选根据对应的检测器、测定条件来进行更新。例如改变条件来测定时间常数τ，将除此外与像素的设定值对应的表格形式的值读出，并使用。
[0094]
在实施方式记载的检测器中，由于难以直接读出检测到脉冲信号的时间即脉冲信号超过阈值的时间，因此能对针对曝光而检测到脉冲信号的合计时间tup进行估计，并将值作为输出值。
[0095]
例如，在引用文献2记载的技术那样在电路上的硬件中重新施加时间触发来使计数的计数接近于真正的计数的方法中，由于时间常数τ恒定，因此能将在时间常数τ乘上死区时间的次数而得的值估计为tup。
[0096]
在本发明的计数方法中，将在曝光时间δt上乘上脉冲信号的计数数的合计而得的值设为tup。曝光的合计时间ttot成为在曝光时间δt上乘上曝光次数而得的值。另外，脉冲的检测率(tup/ttot)相当于脉冲信号的计数数的合计与曝光次数之比。
[0097]
针对曝光而检测到脉冲信号的合计时间tup用曝光时间δt与计数数的积表征，曝光的合计时间ttot用曝光时间δt与曝光次数(帧数)的积表征。因此，脉冲的检测率是tup/ttot＝计数数/曝光次数。出于这样的理由，通过将脉冲信号的计数数的合计和曝光次数作为输出值进行处置，简化了进行处置的数值，减轻了处理的负担。
[0098]
(曝光时间与时间常数的关系)
[0099]
另外，在曝光时间δt比时间常数τ短的情况下，曝光的合计时间ttot优选使用在将曝光时间δt和时间常数τ加起来的值上乘上曝光次数而得的值。图6是表示曝光时间δt与时间常数τ的关系的概念图。在曝光时间δt内计数的现象如图6所示那样，是从在相对于曝光时间δt时间常数τ相应量前产生的脉冲起、到在曝光时间δt将要结束时产生的脉冲为止。如此一来，在曝光时间δt内计数的现象是在(曝光时间δt)+(时间常数τ)的期间产生的现象。因此，在将多个拍摄图像累计输出时等，有需要考虑该效果来进行补正的情况。
[0100]
(汇总)
[0101]
如以上那样，不是在脉冲向上突破阈值的定时进行计数，而是多次重复曝光，基于从大量的采样的结果得到的输出值以及脉冲检测率，并使用相对于针对曝光的脉冲检测率的增加而脉冲信号的表观的时间常数单调减少的模型来算出计数值。在采样中，进行在比时间常数τ短的曝光时间δt的期间中脉冲是否超过阈值的判定，直到成为统计上有意义的数。由此，对用现有的方法补正不能覆盖的高的计数率，也能削减计数遗漏的影响。
[0102]
[实施例]
[0103]
(大型辐射光设施中的时间常数τ的测定)
[0104]
利用具备用于加速、贮存电子的加速器群和用于利用产生的辐射光的实验设施以及各种附属设施的spring-8的串束团，来测定实施例的x射线检测器的时间常数τ。作为spring-8的辐射光检测装置的一部分而装入x射线检测器，进行以下的测定。
[0105]
例如在spring-8中，在将从电子枪产生的电子束通过线性加速器加速到1gev后，导入到同步加速器并加速到8gev。将该电子束导入储存环，在维持8gev的能量的同时，通过偏转电磁铁、插入光源来使辐射光产生。产生的辐射光经过束线(beam line)而被引导到设于储存环建筑内外的实验中心。另外，电子束基本在环中不是连续存在的，而是成为被称作束团的块而存在。
[0106]
图7是表示储存环中的填充模式的一例的图。另外，图8是相对于时间来表示束团的检测电流的图。具体地示出spring-8的2018a(2018年前期)各自束团运转模式(e模式)的填充模式。在图7所示的填充模式中，显现出点状的电子的块即单束团sb1和电子的块线状相连的串束团tb1。该运转模式下的束团的飞来间隔是165.2nsec，如图8所示那样，以上述的时间间隔表征梯形的串束团和尖峰状的单束团。
[0107]
在本次的时间常数τ的测定中，利用h模式束团结构的串束团。在基于h模式束团结构的实验中，有束团不飞来的间隔。如图9所示那样，若从束团飞来的位置开始进行测定，在最初的40nsec的门打开前，由于x射线不飞来，因此基于此来测量时间常数τ。从串起点部进行曝光，将该曝光时间从40ns起以4ns为单位拉长到800ns，分别进行10000次的检测，算出事件的每单位时间的次数，由此确认roic内部的电路动作时间。
[0108]
图10的p1、p2、p3的曲线分别表征1计数、2计数、3计数的事件的每单位时间的次数。即，以40ns测定10000次，对这当中的几次是1计数、几次是2计数、几次是3计数进行数数，算出每单位时间的次数，并进行绘制。接下来以44ns重复同样的测定。
[0109]
如图10所示那样，若慢慢拉长曝光时间，则p2的曲线上升，变得出现2计数的事件。在该测定中，在仅以比时间常数τ短的时间进行曝光时，由于不出现第2计数，因此开始出现2计数的位置表征时间常数τ。根据图10可知，由于2计数的图表向0跌落处是约100ns，因此实施例的x射线检测器的时间常数τ是约100ns。另外，时间常数τ的测定并不限于上述的方法，例如还能根据改变计数率而读出时的计数来进行估计。
[0110]
(实施例1)
[0111]
本发明的x射线测定方法适合在x射线反射率法中利用。在x射线反射率法中，有反射x射线的强度大的部位到小的部位。因此，优选在强度大的部位运用本发明的方法，在强度小的部位运用现有的方法。例如若引入100次40nsec曝光来进行测定，与此分开地引入1次1msec曝光来进行测定，则即使在面内有强度的分布，弱的部位也能通过1msec曝光来取得数据，强的部位也能通过40nsec曝光来取得数据。
[0112]
由对高计数率的x射线引入衰减器、例如使x射线强度衰减到1/10来进行测定的方法。与此相对，在本发明中不装入衰减器就能进行测量。因此，没有衰减器的拆装这部分，使系统整体的机构变得简单。另外，在如上述切换的情况下，优选用软件进行切换的动作。
[0113]
(实施例2)
[0114]
本发明的x射线测定方法适合在spring-8那样的大型辐射光设施中利用。在该情况下，将从大型辐射光设施的辐射光检测装置中所附属的一般的x射线检测器得到的数据利用本发明的x射线测定方法、处理装置、或记录介质来进行处理。
[0115]
(其他的实施例)
[0116]
上述以外，单晶x射线衍射法当中的金属络化物样品的全反射、x射线小角散射法等由于要测定的x射线的强度变大，因此适合本发明的x射线测定方法的利用。
[0117]
[仿真]
[0118]
通过计算机实验来仿真本发明的x射线测定方法与对上升边缘进行计数的方法的比较。图11是表示对上升边缘进行计数的方法的概略图。在该方法中，在图11所示的图表上的黑点的位置、即脉冲向上突破阈值的定时进行计数，从这里起求取每单位时间的观测计数率。分别计算使用如下方法得到的计数率：对比0mcps大且20mcps以下的几个计数率按输入的每个计数率在计算机随机使脉冲产生，对上升边缘进行计数的方法；对从输出值得到的计数率进行单纯的计数遗漏补正的方法；以及本发明的x射线测定方法。在对从输出值得到的计数率进行单纯的计数遗漏补正的方法中，使用以下的式(6)来算出计数率n。另外，i表征通过测定得到的计数率。图12是表示曝光时间δt、时间常数τ以及读出时间的关系的概念图。
[0119][0120]
另外，在本发明的x射线测定方法中，使用上述的式(4)来算出计数率n。另外，曝光时间δt以及时间常数τ与上述实施例同样，考虑时间常数τ的影响来对计数率n进行补正。图13是表征其结果的图表。
[0121]
如图13所表征的那样，对上升边缘进行计数的方法中，若输入的脉冲的计数率超过2mcps，则得到的计数率与线性的偏离慢慢变大，若超过6mcps，则得到的计数率减少。这是因为，若输入的脉冲的计数率表达，则脉冲的重叠频发，变得难以产生脉冲向上突破阈值的现象。对将上升边缘计数的结果进行计数遗漏补正的方法中，虽然得到的计数率与现有的方法相比若干更接近线性，但由于设为补正的挤出的值是通过现有的方法计数的值，因此在若输入的脉冲的计数率变大则得到的计数率减少这点上并没有改变。
[0122]
与此相对可知，本发明的x射线测定方法中，到输入的脉冲的计数率为12mcps程度为止，与线性的偏离未变大。另外，若超过12mcps，则虽然与线性的偏离多少变大，但得到的计数率并未减少。本发明的x射线测定方法按每个模型以及式而能信赖的计数率的范围不同，但理论上能计算到无限大。
[0123]
[实验]
[0124]
(大型辐射光设施中的实验)
[0125]
对使用了spring-8的串束团的10kev的x射线进行基于曝光时间40ns和曝光时间1600ns的thscan，确认轮廓形状的差异。所谓thscan，是在使测定时设定的阈值(threshold)变化的同时测定x射线强度的方法。能对于光学系统在同一曝光条件下测定强度相对于阈值的变化。
[0126]
图14是表征其结果的图表。如图14所表征的那样，得到明显不同的轮廓。从该图表中能确认到设定为时间常数以下的曝光时间来进行计数的有效性。另外，在曝光时间40ns时，实质的曝光时间延长时间常数相应量，因此图是考虑阈值5kev时的曝光时间延长相应量而除以2.5而得的值的图表。所谓考虑曝光时间延长相应量，是指作为曝光的合计时间而使用曝光时间与时间常数的和。
[0127]
(基于x射线反射率法的实验)
[0128]
作为基于x射线反射率法的实验，测定玻璃基板上的氧化锌膜(zno)的反射x射线。图15是表征其结果的图表。在进行40ns曝光、将算出的结果相加25000片的图表中，由于x射线检测器的时间常数τ是100ns，因此实质的曝光时间的合计成为3.5ms。与此相对，在进行1、2、3、4ms曝光的方法中，大体不需要曝光时间的补正。在进行40ns曝光的情况下，虽然实质是进行3.5ms曝光，但与4ms的图表相比，计数率变高。由此可知，通过重复短时间的曝光，能比进行长时间的曝光时更削减计数遗漏的影响。